麻省理工學院的化學家表明，澳大利亞的野火在2020年使臭氧洞擴大了10%。一場野火可以將煙霧抽到平流層，顆粒在那裡漂移超過一年。麻省理工學院的一項新研究發現，當懸浮在那裡時，這些顆粒可以引發化學反應，侵蝕保護地球免受太陽破壞性紫外線輻射的臭氧層。

麻省理工學院的一項研究發現，平流層中的煙霧顆粒可以引發化學反應，侵蝕臭氧層–2020年，來自澳大利亞野火的煙霧顆粒使臭氧洞擴大了10%。這張地圖顯示了2022年10月5日南極上空臭氧洞的大小和形狀。資料來源：美國宇航局地球觀測站圖片，Joshua Stevens。由麻省理工學院新聞網編輯。

這項研究於3月8日發表在《自然》雜誌上，重點關注澳大利亞東部”黑夏”大火的煙霧，該大火從2019年12月燃燒到2020年1月。這些火災–該國有記錄以來最具破壞性的火災–燒毀了數千萬英畝的土地，並將超過100萬噸的煙霧送入大氣。

麻省理工學院的研究小組發現了一種新的化學反應，澳大利亞野火的煙霧顆粒使臭氧消耗更加嚴重。通過觸發這種反應，大火可能導致南半球中緯度地區、澳大利亞、新西蘭以及非洲和南美洲部分地區的臭氧總量減少了3-5%。

研究人員的模型還表明，火災對極地地區產生了影響，侵蝕了南極洲上空臭氧洞的邊緣。到2020年底，來自澳大利亞野火的煙霧顆粒使南極洲的臭氧洞擴大了250萬平方公里–與前一年相比，其面積擴大了10%。

目前還不清楚野火會對臭氧恢復產生什麼長期影響。聯合國最近報告說，由於國際社會持續努力逐步淘汰消耗臭氧的化學品，臭氧洞和世界各地的臭氧消耗正在恢復的軌道上。但麻省理工學院的研究表明，只要這些化學品在大氣中持續存在，大火就可能引發暫時消耗臭氧的反應。

麻省理工學院李和杰拉爾丁-馬丁環境研究教授蘇珊-所羅門說：”2020年的澳大利亞大火確實為科學界敲響了警鐘，野火的影響以前在[對]臭氧恢復的預測中沒有考慮到。而且我認為這種影響可能取決於火災是否隨著地球變暖而變得更加頻繁和激烈。”他是一位領先的氣候科學家，首次發現了導致南極臭氧洞的化學物質。

這項研究由所羅門和麻省理工學院研究科學家凱恩-斯通領導，合作者來自中國廣州環境與氣候研究所、美國國家海洋和大氣管理局、美國國家大氣研究中心和科羅拉多州立大學。

氯氣級聯

這項新的研究擴展了所羅門和她的同事在2022年的一項發現，他們首次發現了野火和臭氧耗損之間的化學聯繫。研究人員發現，最初由工廠以氯氟烴（CFCs）形式排放的含氯化合物，可以與火災氣溶膠的表面發生反應。他們發現，這種相互作用引發了一個化學級聯，產生了一氧化氯–最終的消耗臭氧的分子。他們的研究結果表明，澳大利亞的野火很可能通過這種新發現的化學反應消耗了臭氧。

“但這並不能解釋在平流層觀察到的所有變化，”所羅門說。”有一大堆與氯有關的化學反應是完全不正常的。”

在新的研究中，該團隊仔細觀察了澳大利亞野火發生後平流層中的分子組成。他們梳理了三組獨立的衛星數據，並觀察到在火災發生後的幾個月裡，中緯度地區的鹽酸濃度明顯下降，而一氧化氯的濃度則激增。

鹽酸（HCl）存在於平流層中，因為氟氯化碳會隨著時間自然分解。只要氯氣以鹽酸的形式結合，它就沒有機會破壞臭氧。但是，如果氯化氫破裂，氯就會與氧氣反應，形成消耗臭氧的一氧化氯。

在極地地區，當氯化氫在大約155開的寒冷溫度下與雲顆粒的表面相互作用時，它可以破裂。然而，這種反應預計不會發生在中緯度地區，那裡的溫度要高得多。中緯度地區的氯化氫以前所未有的數量下降，這對我來說是一個危險的信號。

她想知道。如果氯化氫也能與煙霧顆粒相互作用，在更高的溫度下，以釋放氯氣的方式破壞臭氧，那會怎麼樣？如果這種反應是可能的，它將解釋分子的不平衡和澳大利亞野火之後觀察到的大部分臭氧消耗。

煙霧瀰漫的漂移

所羅門和她的同事們翻閱了化學文獻，看看什麼樣的有機分子能夠在較高的溫度下與氯化氫發生反應，從而將其分解。了解到鹽酸在整個廣泛的有機物種中是非常可溶的，牠喜歡粘附在許多化合物上。

那麼問題來了，澳大利亞的野火是否釋放了任何可能引發氯化氫破裂和任何後續臭氧消耗的化合物。當研究小組在火災發生後的頭幾天觀察煙霧顆粒的組成時，情況卻很不清楚。

當研究小組擴大搜索範圍時，他們發現煙霧顆粒持續了幾個月，在中緯度的平流層中循環，與氯化氫濃度下降的地區和時間相同。

“真正吸收了大量氯化氫的是老化的煙霧顆粒，”所羅門說。”令人驚訝的是，你在臭氧洞中得到的同樣的反應，但是在中緯度地區，在更溫暖的溫度下。”

當研究小組將這種新的化學反應納入一個大氣化學模型，並模擬澳大利亞野火的情況時，他們觀察到中緯度地區整個平流層的臭氧消耗了5%，而南極洲上空的臭氧洞擴大了10%。

與氯化氫的反應可能是野火消耗臭氧的主要途徑，可能還有其他含氯的化合物漂浮在平流層中，野火可以釋放出來。

“現在有點像與時間賽跑，”所羅門說。”希望在火災頻率隨著氣候變化增加之前，含氯化合物已經被銷毀。這就更有理由對全球變暖和這些含氯化合物保持警惕”。